催化剂的介绍(一)

来源:中颜网    日期: 2020-12-24 08:55:59    浏览次数:699

催化剂(化学中的改变反应物的化学反应速率)

化学反应里能改变反应物化学反应速率(提高或降低)而不改变化学平衡,且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(固体催化剂也叫触媒)。据统计,约有90%以上的工业过程中使用催化剂,如化工、石化、生化、环保等。 [1]  催化剂种类繁多,按状态可分为液体催化剂和固体催化剂;按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂,均相催化剂有酸、碱、可溶性过渡金属化合物和过氧化物催化剂。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂。
中文名:催化剂           外文名:Catalyst          时    间:1981年            解    释:改变反应物的化学反应速率

催化剂定义


根据国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)1981年的定义:催化剂是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。 [2]  这种作用称为催化作用,涉及催化剂的反应称为催化反应。

催化剂

催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化;它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样,具有高度的选择性(或专一性)。一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用;某些化学反应并非只有唯一的催化剂。

其他定义

也有一种说法,催化剂参与化学反应。在一个总的化学反应中,催化剂的作用是降低该反应发生所需要的活化能,本质上是把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发生的化学反应(与之相反的称为抑制剂)。在这两个反应中,第一个反应中催化剂扮演反应物的角色,第二个反应中催化剂扮演生成物的角色,所以说从总的反应方程式上来看,催化剂在反应前后没有变化。
一般来说,催化剂是指参与化学反应中间历程的,又能选择性地改变化学反应速率,而其本身的数量和化学性质在反应前后基本保持不变的物质。通常把催化剂加速化学反应,使反应尽快达到化学平衡的作用叫做催化作用,但并不改变反应的平衡。

催化反应特征


催化反应有四个基本特征,可以根据定义导出,对了解催化剂的功能很重要。 [2] 
1、催化剂只能加速热力学上可以进行的反应。要求开发新的化学反应催化剂时,首先要对反应进行热力学分析,看它是否是热力学上可行的反应。
2、催化剂只能加速反应趋于平衡,不能改变反应的平衡位置(平衡常数)。
3、催化剂对反应具有选择性,当反应可能有一个以上不同方向时,催化剂仅加速其中一种,促进反应速率和选择性是统一的。
4、催化剂的寿命。催化剂能改变化学反应速率,其自身并不进入反应,在理想情况下催化剂不为反应所改变。但在实际反应过程中,催化剂长期受热和化学作用,也会发生一些不可逆的物理化学变化。
根据催化剂的定义和特征分析,有三种重要的催化剂指标:活性、选择性、稳定性。

催化剂组成

绝大多数催化剂有三类可以区分的组分:活性组分、载体、助催化剂。

活性组分

活性组分是催化剂的主要成分,有时由一种物质组成,有时由多种物质组成。
活性组分分类:
类别 导电性(反应类型) 催化反应举例
金属 导电体(氧化反应,还原反应)
选择性加氢;选择性氢解;选择性氧化
过渡金属氧化物、硫化物 半导体(氧化还原)
选择性加氢、脱氢;氢解;氧化
非过渡元素氧化物 绝缘体(碳离子反应,酸碱反应)
聚合、异构;裂化;脱水

载体

载体是催化活性组分的分散剂、黏合剂或支撑体,是负载活性组分的骨架。将活性组分、助催化剂组分负载于载体上所制得的催化剂成为负载型催化剂。
常用载体的类型:低比表面积的有:刚玉、碳化硅、浮石、硅藻土、石棉、耐火砖;高比表面积的有:氧化铝、SiO2-Al2O3、铁矾土、白土、氧化镁、硅胶、活性炭。

助催化剂

助催化剂是加入到催化剂中的少量物质,是催化剂的辅助成分,其本身没有活性或者活性很小,但是它们加入到催化剂中后,可以改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构、孔结构、分散状态、机械强度等,从而提高催化剂的活性、选择性、稳定性和寿命。

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